專利名稱：光學(xué)拾取裝置、光學(xué)記錄/再生裝置以及間隙控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用近場光向光學(xué)記錄介質(zhì)記錄數(shù)據(jù)和/或再生來自光學(xué)記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)的光學(xué)拾取裝置、包括這種光學(xué)拾取裝置的光學(xué)記錄/再生裝置以及用在這種光學(xué)拾取裝置中的間隙控制方法。

背景技術(shù)：
近年來，為了在諸如光盤和光學(xué)存儲卡的光學(xué)記錄介質(zhì)中獲得高記錄密度和高清晰度，當(dāng)物體之間的距離小于特定距離時，使用在物質(zhì)之間界面處所生成的近場光(也稱為漸逝波)的記錄/再生方式已經(jīng)得到使用。在使用近場光的這種記錄/再生方式中，施加近場光的裝置(例如，透鏡)和光學(xué)記錄介質(zhì)的表面之間的距離需要在記錄和再生處理中所使用光的典型約1/2～1/5波長的極其小的范圍之內(nèi)。
生成近場光的聚焦光學(xué)系統(tǒng)可包括具有高數(shù)值孔徑的物鏡(例如，非球面物鏡)以及在物鏡和光學(xué)記錄介質(zhì)之間的固體浸沒透鏡(SIL)。使用SIL的這種系統(tǒng)需要在允許生成近場光的距離處將SIL和光學(xué)記錄介質(zhì)(例如，光盤)的表面之間的距離(間隙)保持為約上述光的波長1/2～1/5以下。此外，在這種情況下，應(yīng)該控制SIL的姿勢，以跟隨光學(xué)記錄介質(zhì)表面的擺動(wobbling)或盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的光盤擺動。例如，為了控制SIL的姿勢，已經(jīng)提出了通過基于全反射回光量(return-light quantity)檢測間隙來保持期望間隙恒定的間隙控制方法(例如，參見日本未審查專利申請公開第2001-76358號)。
該控制方法利用了間隙尺寸和全反射回光量在允許生成近場光的距離處具有比例關(guān)系的事實。換句話說，在該方法中，使用全反射回光量來獲得間隙誤差信號。此外，通過穩(wěn)定具有相位補償濾波器的伺服環(huán)系統(tǒng)形成反饋伺服環(huán)，來保持間隙恒定。
例如，選擇20nm作為用于保持允許生成近場光的距離的期望值，5nm為可允許的偏差，以及40μm為可允許的表面擺動量。這里，使用了盤形光學(xué)記錄介質(zhì)，并將其旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為3000rpm(旋轉(zhuǎn)數(shù)/每分鐘)。在這種情況下，需要的帶寬可以為8kHz以上。然而，實際上，由光盤旋轉(zhuǎn)所引起的擾動強烈地輸出旋轉(zhuǎn)同步分量，使得即使保證8kHz以上帶寬也很難以高精度控制間隙。


發(fā)明內(nèi)容
存在使用相對于光盤記錄介質(zhì)的光學(xué)系統(tǒng)的行進方向(具體地，相對于盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的切線方向)上的推挽信號，通過利用推挽信號執(zhí)行前饋控制來補償間隙誤差信號的擾動分量的想法。
切線推挽信號也被用作傾斜伺服控制中的控制信號。在這種情況下，間隙控制和傾斜控制可能彼此不兼容。
因此，當(dāng)用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)時，除聚焦光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)記錄介質(zhì)之間間隙的高精度的控制之外還期望執(zhí)行傾斜控制。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種光學(xué)拾取裝置，該光學(xué)拾取裝置包括光源、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、光檢測單元、控制單元以及驅(qū)動單元。聚焦光學(xué)系統(tǒng)被配置為利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)。光檢測單元被配置為檢測來自光學(xué)記錄介質(zhì)的全反射回光量?？刂茊卧慌渲脼轫憫?yīng)于由光檢測單元提供的檢測信號而生成控制信號。驅(qū)動單元被配置為將聚焦光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動至光學(xué)記錄介質(zhì)上的預(yù)定位置?？刂茊卧獙Ⅱ?qū)動單元相對于光盤記錄介質(zhì)的行進方向上的推挽信號前饋至由光檢測單元提供的間隙誤差信號，以生成間隙伺服信號。此外，控制單元包括存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號的重復(fù)控制器。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種光學(xué)記錄/再生裝置，該記錄/再生裝置包括光學(xué)拾取裝置、其上附接有光學(xué)記錄介質(zhì)的安裝單元以及被配置為相對于聚焦光學(xué)系統(tǒng)移動安裝單元的第二驅(qū)動單元。光學(xué)拾取裝置包括光源、聚焦光學(xué)系統(tǒng)、光檢測單元、控制單元、以及第一驅(qū)動單元。聚焦光學(xué)系統(tǒng)被配置為利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)。光檢測單元被配置為檢測來自光學(xué)記錄介質(zhì)的全反射回光量?？刂茊卧慌渲脼轫憫?yīng)于由光檢測單元提供的檢測信號而生成控制信號。第一驅(qū)動單元被配置為將聚焦光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動至光學(xué)記錄介質(zhì)上的預(yù)定位置。控制單元將第一驅(qū)動單元相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的推挽信號前饋至由光檢測單元提供的間隙誤差信號，以生成間隙伺服信號。控制單元包括存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號的重復(fù)控制器。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種間隙控制方法。該間隙控制方法包括以下步驟 檢測光學(xué)透鏡和光學(xué)記錄介質(zhì)之間的全反射回光量，以獲得間隙誤差信號； 將透鏡相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的全反射回光量的推挽信號前饋至間隙誤差信號，以獲得間隙伺服信號； 使用間隙伺服信號執(zhí)行間隙伺服控制； 存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號；以及 在存儲推挽信號之后執(zhí)行傾斜伺服控制。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，將相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的驅(qū)動單元的行進方向上或者在與盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的徑向方向垂直的切線方向上的推挽信號進行前饋，以生成用于控制利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)記錄介質(zhì)之間的間隙的間隙伺服信號。因此，可以通過操作間隙伺服信號減小間隙伺服系統(tǒng)內(nèi)的殘留誤差，并獲得與在重復(fù)伺服系統(tǒng)相同的效果。如下所述，相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的驅(qū)動單元的行進方向上的推挽信號或者相對于盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的切線方向上的推挽信號具有與間隙誤差信號相似的相位。
然而，在僅前饋上述切線推挽信號的情況下，當(dāng)利用切線推挽信號執(zhí)行傾斜伺服控制時，切線傾斜誤差信號可能變成0。結(jié)果，前饋信號可能消失。結(jié)果，間隙伺服控制可能被傾斜伺服控制所影響。
相反，根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的驅(qū)動單元的行進方向上的推挽信號或者盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的切線推挽信號開始前饋伺服控制。隨后，重復(fù)控制器存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號。換句話說，在盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的情況下，存儲用于一次旋轉(zhuǎn)的推挽信號的數(shù)量，隨后執(zhí)行切線傾斜伺服控制。因此，利用切線推挽信號的前饋伺服控制與傾斜伺服控制相兼容。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，當(dāng)利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)時，可以高精度控制聚焦光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)記錄介質(zhì)之間的間隙，同時與傾斜控制相兼容。



圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的包括光學(xué)拾取裝置的光學(xué)記錄/再生裝置的示意圖； 圖2A和圖2B是示出使用近場光的光學(xué)拾取裝置中的全反射回光量與光學(xué)記錄介質(zhì)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)之間的間隙的關(guān)系的示意圖，其中，圖2A是間隙的示意圖，而圖2B是全反射回光量與間隙的關(guān)系的示圖； 圖3是示出根據(jù)比較實例的伺服環(huán)的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖4是示出在比較實例中獲得的間隙誤差信號的波形的示圖； 圖5是示出根據(jù)參考實例的光學(xué)拾取裝置的控制單元的伺服環(huán)的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖6是示出圖5所示控制單元的GES操作單元的實例的框圖； 圖7A～圖7C是示出SIL相對于光學(xué)記錄介質(zhì)傾斜的示意圖，其中，圖7A是SIL和光學(xué)記錄介質(zhì)的截面圖，圖7B是示出全反射回光量的實例的示圖，以及圖7C是光檢測單元的示意圖； 圖8是在一般光學(xué)拾取裝置中控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的波德圖； 圖9是示出當(dāng)間隙跟隨表面擺動時的信號波形的示圖； 圖10是示出當(dāng)間隙趨于停止跟隨表面擺動時的信號波形的示圖； 圖11是示出當(dāng)間隙不能跟隨表面擺動時的信號波形的示圖； 圖12是示出GES、Tpp以及GES的重復(fù)信號的信號波形的示圖； 圖13A和圖13B是示出間隙誤差信號和切線推挽信號的波形的示圖，其中，圖13A是前饋(feed forward)推挽信號之前的示圖，圖13B是前饋推挽信號之后的示圖； 圖14是示出在執(zhí)行傾斜伺服控制之前和之后的切線推挽信號的波形的示圖； 圖15是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)拾取裝置的控制單元中的伺服環(huán)的實例的框圖；以及 圖16是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)拾取裝置的控制單元中的伺服環(huán)的另一實例的框圖。

具體實施例方式 下文將具體描述本發(fā)明的實施例，應(yīng)了解本發(fā)明不僅限于此。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有光學(xué)拾取裝置30的光學(xué)記錄/再生裝置100的示意圖。在該實例中，光學(xué)記錄/再生裝置100包括光學(xué)透鏡6和固體浸沒透鏡(SIL)7。這里，光學(xué)透鏡6是由非球面透鏡等形成的物鏡。此外，SIL7可以是半球或超半球透鏡。在圖1中，表示超半球SIL?？蛇x地，其可以是半球SIL。光學(xué)拾取裝置30包括能量控制單元1、諸如激光二極管的光源2、準(zhǔn)直透鏡3、分束器4、反射鏡5、具有光學(xué)透鏡6和SIL7的聚焦光學(xué)系統(tǒng)10、配置在分束器4的分支光路上的聚焦透鏡8以及包括四分割光電二極管等的光檢測單元9。光學(xué)拾取裝置30還包括控制單元15，其執(zhí)行由光檢測單元9提供的檢測信號的操作以生成間隙誤差信號SG。這里，間隙誤差信號SG是用于控制聚焦光學(xué)系統(tǒng)10的驅(qū)動單元11的控制信號。可以將控制單元15配置為生成作為用于控制SIL7相對于光學(xué)記錄介質(zhì)20傾斜的控制信號的傾斜誤差信號ST，并將傾斜誤差信號ST輸出至驅(qū)動單元11。
光學(xué)記錄/再生裝置100還包括安裝單元25，用于安裝盤形光學(xué)記錄介質(zhì)20等；以及驅(qū)動單元26，用于相對于旋轉(zhuǎn)軸(例如，由圖1所示虛線Cs所表示的旋轉(zhuǎn)軸)來旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動安裝單元25。
在上述結(jié)構(gòu)中，從光源2輸出的光通過準(zhǔn)直透鏡3被制成平行光，然后穿過分束器4。隨后，該光被反射鏡5反射，然后入射到聚焦光學(xué)系統(tǒng)10上。當(dāng)記錄由數(shù)據(jù)存儲單元(未示出)提供的數(shù)據(jù)等時，響應(yīng)于這些紀(jì)錄數(shù)據(jù)，能量控制單元1控制來自光源2的輸出。當(dāng)再生這種數(shù)據(jù)時，能量控制單元1的輸出控制是沒有必要的，并且來自光源2的輸出可以是恒定的。隨后，利用作為通過聚焦光學(xué)系統(tǒng)10的光的近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄表面。通過反射鏡5和分束器4進一步反射從光學(xué)記錄介質(zhì)20所反射的回光，然后，通過聚焦透鏡8聚焦在光檢測單元9上。
由光檢測單元9檢測的部分光可以被輸出作為與再生時記錄在光學(xué)記錄介質(zhì)20上的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的射頻信號(RF)SRF。另一方面，將全反射回光量輸入控制單元15，該控制單元15生成用于控制驅(qū)動聚焦光學(xué)系統(tǒng)10的驅(qū)動單元11的信號?？刂茊卧?5將由后述前饋控制生成的間隙控制信號SG和傾斜控制信號ST輸出至驅(qū)動單元11。這里，例如，驅(qū)動單元11可以由具有音圈電機的雙軸致動器或三軸致動器形成?？蛇x地，可以分別設(shè)置用于間隙控制的驅(qū)動單元和用于傾斜控制的驅(qū)動單元，以使控制信號被輸入各自的驅(qū)動單元。此外，除圖1所示的結(jié)構(gòu)部件之外，還可以在光學(xué)拾取裝置30上額外配置諸如用于像差校正的各種光學(xué)元件。
在光學(xué)記錄/再生裝置100中，如上所述，在被驅(qū)動單元26旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的安裝單元25上安裝光學(xué)記錄介質(zhì)20，并且在例如水平移動機構(gòu)(未示出)上安裝光學(xué)拾取裝置30，該水平移動機構(gòu)沿光學(xué)記錄介質(zhì)20的記錄表面平行移動光學(xué)拾取裝置30。例如，水平移動結(jié)構(gòu)可以與驅(qū)動單元26協(xié)作，使得利用由聚焦光學(xué)系統(tǒng)10提供的近場光螺旋或同心地掃描光學(xué)記錄介質(zhì)20的表面上的記錄磁道。
圖2A和圖2B是示出使用近場光的光學(xué)拾取裝置30中全反射回光量與記錄介質(zhì)20和聚焦光學(xué)系統(tǒng)10之間的間隙之間的關(guān)系的示意圖。圖2A是示出包括光學(xué)透鏡6和SIL 7的聚焦光學(xué)系統(tǒng)10的SIL 7的端面與光學(xué)記錄介質(zhì)20之間的間隙g的示意圖。圖2B是示出全反射回光量和間隙g之間關(guān)系的示意圖。在這種情況下，全反射回光量是以面向光學(xué)記錄介質(zhì)20的SIL 7的端面上全反射的角度入射的光(具有≥1的數(shù)值孔徑的分量)的總量。
如圖2B所示，入射激光波長的1/2～1/5以上的間隙對應(yīng)于不是近場區(qū)域的遠場區(qū)域Ff。在遠場區(qū)域Ff中，光在SIL 7的端面上被完全反射，使得全反射回光量可以保持恒定。另一方面，通常，入射激光波長的1/2～1/5以下的間隙處于近場狀態(tài)，或者對應(yīng)于近場區(qū)域Fn。圖2B示出了在入射光波長為405nm的情況下，當(dāng)間隙為70nm以下時全反射回光量減小的實例。近場區(qū)域中的間隙和入射光波長之間的關(guān)系不是恒定的，而是根據(jù)其波長、光學(xué)記錄介質(zhì)20和SIL 7的材料和結(jié)構(gòu)等，隨入射激光波長的約1/2～1/5變化。
在近場區(qū)域Fn中，在SIL 7的端面和光學(xué)記錄介質(zhì)20的表面之間發(fā)生漸逝耦合。結(jié)果，部分全反射回光朝向光學(xué)記錄介質(zhì)20穿過SIL7的端面，導(dǎo)致全反射回光量的減小。此外，當(dāng)SIL 7完全接觸光學(xué)記錄介質(zhì)20時，全反射回光完全朝向光學(xué)記錄介質(zhì)20穿過SIL7。結(jié)果，全反射回光量變成零。因此，如圖2B所示，通過近場區(qū)域Fn中全反射回光量的逐漸降低表示SIL 7的端面和光學(xué)記錄介質(zhì)20之間的間隙與全反射回光量的關(guān)系。此外，即使全反射回光量在遠場區(qū)域Ff中保持恒定，但在沒有間隙的情況下全反射回光量也變成零。此外，全反射回光量可以減小的區(qū)域包括使間隙與全反射回光量的關(guān)系示出如通過虛線1環(huán)繞所表示的線性性能。因此，在線性性能區(qū)域中，可通過使用用于確定間隙誤差的全反射回光量形成反饋環(huán)(feedback loop)來保持間隙恒定。換句話說，當(dāng)通過圖2B中的“g”表示所獲得的間隙時，可以執(zhí)行控制使得可將全反射回光量調(diào)節(jié)為“r”。
圖3是示出當(dāng)使用典型反饋環(huán)執(zhí)行間隙控制時根據(jù)比較實例的伺服環(huán)的結(jié)構(gòu)的示意圖。在這種情況下，伺服環(huán)包括減法器141；伺服濾波器143，由相位補償濾波器、超前-滯后濾波器(lead-lagfilter)等形成；控制對象144；加法器145；以及GES操作單元146。在圖3中，“r1”表示期望的間隙信號(圖2B中所示的全反射回光量的期望值)；“d1”是由光盤表面的擺動所引起的擾動；“e1”是期望值和間隙誤差信號(GES)之間的差，并通過表達式e1＝y(tǒng)1-r1表示。控制對象144是安裝SIL 7的致動器，或者是圖1所示的驅(qū)動單元11。GES操作單元146包括圖1所示的光檢測單元9、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大器等。
向減法器141提供從輸入端140輸入的期望間隙信號r1和從后述的GES操作單元146輸出的檢測信號y1，從而輸出e1(＝y(tǒng)1-r1)。將通過伺服濾波器143處理的信號e1輸入至控制對象144。加法器145將擾動d1與控制對象144位移之后的檢測信號相加，以使GES操作單元146輸出間隙誤差信息GES(即，y1)。
在這種情況下，如圖3所示，執(zhí)行y1(間隙誤差信號(GES))的反饋。
然而，在通過上述GES的反饋調(diào)節(jié)間隙的情況下，當(dāng)光學(xué)記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度增加時(即，控制對象144相對于光學(xué)記錄介質(zhì)移動的速度增加)，變得難以跟隨光學(xué)記錄介質(zhì)的表面擺動。因此，如圖4所示，在GES上疊加旋轉(zhuǎn)分量的殘留誤差。在圖4中，由箭頭表示的部分波形對應(yīng)于一次旋轉(zhuǎn)的GES。在圖4中示出了與作為殘留誤差的旋轉(zhuǎn)同步的分量。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以減小作為與旋轉(zhuǎn)同步的分量的殘留誤差。在以下的描述中，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的間隙調(diào)節(jié)控制。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的參照實例的光學(xué)拾取裝置的控制單元中的伺服環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖。在這種情況下，如圖5所示，伺服環(huán)包括減法器71、加法器72、主環(huán)中的伺服濾波器73、控制對象74、加法器75、GES操作單元76以及用于前饋信號的伺服濾波器80。低通濾波器等可被用作伺服濾波器80。
從輸入端70輸入的期望值“r”被提供給減法器71和加法器72，隨后通過伺服濾波器73進入控制對象74(在這種情況下，為圖1所示的驅(qū)動單元11)。加法器75將擾動“d”與隨控制對象74的位移而變化的輸出相加。隨后，GES操作單元76檢測全反射回光量。
圖6是示出圖5所示GES操作單元76的結(jié)構(gòu)實例的框圖。GES操作單元76包括GES檢測單元76A和Tpp/Rpp操作單元76B。GES檢測單元76A檢測來自圖1所示聚焦光學(xué)系統(tǒng)10中的SIL 7的端面的全反射回光量。換句話說，在GES檢測單元76A中，象限檢測器檢測在控制對象74相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向和與其垂直的方向上，或者在盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的情況下的切線方向和徑向方向上的全反射回光的四分割量。全反射回光的總量被輸出作為來自輸出端77的GES(y)，并且還將GES(y)輸入至減法器71用于反饋。
另一方面，基于分割光量，操作并輸出控制對象74相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的推挽信號(在這種情況下為切線推挽信號Tpp)。另外，可以根據(jù)全反射回光的相同四分割量操作徑向上的推挽信號Rpp。
從輸出端78輸出結(jié)果Tpp。還通過伺服濾波器80將結(jié)果Tpp加至加法器72。因此，提供了Tpp前饋結(jié)構(gòu)。
如圖7A所示，如果面向光學(xué)記錄介質(zhì)20的SIL 7的端面7T由于表面擺動等而傾斜，則可以如圖7B中的亮區(qū)和暗區(qū)的示意性表示檢測全反射回光量。因此，可以在遠離光學(xué)記錄介質(zhì)20的表面的端面7T的部分處或者遠場區(qū)域中的部分處檢測與間隙相對應(yīng)的回光量。如圖7C所示，通過箭頭“t”表示切線方向，通過箭頭“r”表示徑向方向。光檢測單元9(參見圖1)具有在切線和徑向方向上劃分的四個光檢測區(qū)域9A、9B、9C、9D。如圖7C中的虛線所示，當(dāng)SIL7相對于光學(xué)記錄介質(zhì)20傾斜時，在切線和徑向方向上引起了回光強度的差(即，GES強度的差)。
這里，如果分別通過A～D表示從區(qū)域9A～9D輸出的信號，則如下定義切線方向上的誤差信號(稱為Tpp)以及徑向方向上的誤差信號(稱為Rpp) Tpp＝(A+D)—(B+C) .... (1) Rpp＝(A+B)—(C+D) .... (2) 由于根據(jù)間隙誤差記算Tpp，所以可通過以下表達式(3)表示GES，其中，α和β分別表示切線方向上的間隙誤差中的上述傾斜的程度 GES＝A+D+B+C＝(α+β)·{D/(1+CP)} .... (3) 這里，α+β＝1 .... (4) 因此，傾斜程度的差(α-β)對應(yīng)于傾斜角度。可根據(jù)以下考慮因素導(dǎo)出上述表達式(3)。
分別通過E、R和D表示圖5中的e、r和d的拉普拉斯變換。然后，可根據(jù)圖5獲得以下表達式 E＝Y(jié)—R .... (5) —ECP+D＝Y(jié) .... (6) 其中，C和P分別表示伺服濾波器80和控制對象74的輸出，CP表示控制單元中的增益。
如果從以上表達式(5)和(6)消去e，則可以通過以下表達式(7)表示GES(即，Y) Y＝(CP·R)/(1+CP)+D/(1+CP) .... (7) 在以上表達式(7)中，第二項是由擾動d引起的擾動項。因此，為了使GES完全跟隨期望值R，可以消去通過以下表達式(8)表示的擾動項。
D/(1+CP).... (8) 換句話說，在上述表達式(7)的第一項中(下述表達式(9))，期望值R恒定(即，DC分量)。
(CP·R)/(1+CP).... (9) 通常，在期望值跟隨伺服結(jié)構(gòu)情況下的CP的DC增益充分大于1，表示如下 1<<CP ....(10) 因此，可通過以下表達式(11)表示上述表達式(9)
換句話說，間隙誤差(與期望值的差)對應(yīng)于上述表達式(7)的第二項。因此，可以通過如下表達式(12)表示間隙誤差信號GES GES＝D/(1+CP) ....(12) 推挽信號Tpp通過將傾斜角(α-β)與上述表達式(8)中的擾動項相乘所獲得的值來表示，因此通過以下表達式(13)表示 Tpp＝(α—β)·{D/(1+CP)}＝(α—β)·GES ....(13) 根據(jù)上述表達式(13)，由于推挽信號Tpp被GES強烈影響，所以可通過GES對Tpp進行標(biāo)準(zhǔn)化(通過GES相除)或者GES可以保持恒定。
當(dāng)通過消除GES的影響而標(biāo)準(zhǔn)化Tpp時，可使用Tpp恰當(dāng)?shù)貓?zhí)行傾斜伺服控制。然而，在這種情況下，不能改善間隙伺服控制的精度。因此，需要單獨增加間隙伺服控制的精度。
然而，只要預(yù)先保持GES恒定，就可以提前保證間隙精度并保持恒定(在上述表達式(13)中，GES＝c(恒值))。換句話說，其可通過如下表達式(14)表示
因此，可以精確地獲得傾斜誤差而不受GES的影響。
因此，在本發(fā)明的實施例中，Tpp誤差用于增加間隙精度。在下文中，描述了Tpp和GES同相。
首先，如果伺服機構(gòu)跟隨擾動且GES保持恒定，則由于GES＝c(恒值)而獲得由上述表達式(14)所表示的條件。在這種情況下，因為GES已經(jīng)很小，所以可以不需要前饋。
接下來，如果伺服結(jié)構(gòu)可停止跟隨擾動，則傾斜角物理地等于表面擺動信號D的斜度或微分。因此，可獲得如下表達式(15)
另外，可通過以下等式(16)表示上述等式(13)的GES
在上述表達式(15)和(16)中，s表示微分的拉普拉斯算子。此外，K表示增益，K’表示K的倒數(shù)(K’＝1/K)。
通常，如圖8所示表示出光學(xué)拾取裝置中致動器的傳遞函數(shù)的波德圖。在圖8中，水平軸表示頻率，垂直軸表示增益。誤差率與增益成反比，使得可通過由虛線F1表示的相對較低頻率區(qū)域中的提升來增大增益。在由虛線F2表示的頻率區(qū)域中，曲線斜率較急劇且增益不穩(wěn)定。因此，進行補償以具有緩和斜率，以約為-20dB/dec。此外，在由虛線F3表示射頻區(qū)域中，產(chǎn)生二次或三次共振。因此，結(jié)果表明當(dāng)簡單增加伺服帶寬時會產(chǎn)生這種共振。
具體地，照射近場光的光學(xué)系統(tǒng)具有要控制的非常小的距離。因此，當(dāng)用于DC的殘留偏差Δe殘留時，即使非常小，也很難控制這種系統(tǒng)。通常，在伺服濾波器中結(jié)合積分器，使得可通過如下表達式(17)表示殘留偏差Δe Δe＝D/K.... (17) 因此，當(dāng)在伺服濾波器中結(jié)合積分器時，K可以為∞且Δe可以是0。
進一步描述以上表達式(16)。可通過幾乎變成積分1/S的事實導(dǎo)出在伺服結(jié)構(gòu)不跟隨擾動的旋轉(zhuǎn)頻帶中CP的傳遞函數(shù)。換句話說，當(dāng)頻率不高于作為控制對象的致動器的初級共振或者一般不高于100Hz時，增益保持恒定。另一方面，在伺服濾波器的相同頻帶中的增益設(shè)置有積分器1/S以去除上述DC的殘留誤差。因此，可提供如下表達式(18)
這里，上述表達式(15)表示傾斜誤差，使得其具有符號。上述表達式(16)表示間隙誤差GES(全反射回光量)，以具有正號。因此，上述等式(13)的符號跟隨傾斜誤差信號，并且將觀察振幅的增幅。換句話說，伺服機構(gòu)跟隨擾動并且振幅與GES恒定的情況相比變大。
然而，考慮到上述等式(15)和(16)的Tpp和GES之間的相位關(guān)系，它們每一個的微分或相位相對于表面擺動信號D超前90度。因此，還確保Tpp和GES同相。
最后，可通過如下表達式(19)和(20)表示伺服機構(gòu)停止跟隨擾動的情況

上述表達式(19)與上述表達式(15)相似。
由于伺服機構(gòu)根本不能跟隨擾動或者其保持在圖8所示射頻帶中的事實，可以由小增益(CP<<1)推導(dǎo)上述表達式(20)。對于相位關(guān)系，根據(jù)上述表達式(19)和(20)，Tpp和GES與表面擺動信號D具有相同的相位。
上述結(jié)果示出了Tpp和GES同相并用作相似的信號。圖9～圖11示出了Tpp和GES的波形。在每個波形中，所用光的波長都為405nm，聚焦光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA都為1.84，且間隙的期望值都為25nm。圖9示出了間隙完全跟隨表面擺動的情況。圖10示出了間隙趨于停止跟隨表面擺動的情況。圖11示出了間隙不跟隨表面擺動的情況。這些圖的每一幅圖都表示了GES、Tpp和表面擺動D。圖9還表示Tpp的積分。根據(jù)圖9～圖11，GES和Tpp是相似的信號且彼此相關(guān)聯(lián)。
此外，圖12分別示出了GES、Tpp和GES的重復(fù)分量的波形。圖12示出了GES的重復(fù)分量的波形與Tpp的波形類似。因此，當(dāng)利用Tpp信號執(zhí)行前饋時，可以獲得與重復(fù)伺服控制相同的補償。
圖13A和圖13B示出了利用Tpp進行前饋伺服控制的結(jié)果。如圖5所示，前饋處理包括通過諸如低通濾波器的伺服濾波器80傳送Tpp信號，并將Tpp信號與誤差信號e相加。通過使用以3000rpm的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的盤形光學(xué)記錄介質(zhì)測量獲得圖中所示的結(jié)果。圖13A示出了前饋之前獲得的結(jié)果，而圖13B示出了前饋之后獲得的結(jié)果。
這些結(jié)果示出了切線推挽(Tpp)信號、相對于光學(xué)記錄介質(zhì)在控制對象的行進方向上的推挽信號防止間隙誤差信號(GES)重復(fù)。換句話說，當(dāng)以這種方式使用Tpp執(zhí)行前饋伺服控制時，即使光盤記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度為3000rpm以上，也可以有效地執(zhí)行間隙控制。此外，在執(zhí)行前饋之后，改善了間隙的跟隨能力。因此，如圖13A和圖13B所示，即使不改變Tpp信號的波形，在施加Tpp之后振幅變小。
隨后，當(dāng)使用Tpp信號執(zhí)行傾斜伺服控制時，如上所述GES保持恒定。Tpp信號正確地反映傾斜量，使得可以以正確的方式執(zhí)行傾斜伺服控制。圖14示出了傾斜伺服控制。這里，例如，使用Tpp和Rpp執(zhí)行傾斜伺服控制的處理可以是在日本未審查專利申請公開第2006-344351號中所提出的處理。
如圖14所示，當(dāng)操作傾斜伺服機構(gòu)時，傾斜誤差變?yōu)榱?，且圖5所示的前饋信號自然就消失。因此，當(dāng)操作傾斜伺服機構(gòu)時，間隙伺服控制可能產(chǎn)生波動，從而導(dǎo)致不正確的傾斜信號以及傾斜伺服機構(gòu)的不適當(dāng)操作。
如圖15所示，在根據(jù)本發(fā)明實施例的傾斜伺服控制中，可以以與重復(fù)伺服控制相似的方式在存儲器中預(yù)先存儲用于一次旋轉(zhuǎn)的Tpp信號。圖15所示的伺服環(huán)包括減法器41、加法器42、主環(huán)中的伺服濾波器43、控制對象44、加法器45、GES操作單元46、減法器61、加法器62、用于傾斜控制信號的伺服濾波器63、控制對象64以及重復(fù)控制器50。重復(fù)控制器50包括數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器51、諸如低通濾波器的伺服濾波器52、延遲線(delay line)53(N表示每次旋轉(zhuǎn)誤差信號的取樣數(shù))、系數(shù)乘法器54以及模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器55。用于一次旋轉(zhuǎn)的存儲器可以代替延遲線53。
如圖15所示，控制對象64通過虛線連接至GES操作單元46。實際上，即使操作傾斜伺服機構(gòu)，也可以由間隙誤差計算傾斜誤差。因此，實際上，控制對象64沒有連接至GES操作單元46。
將從輸入端40輸入的用于間隙控制的期望值r通過減法器41、加法器42和伺服濾波器43輸入控制對象44(在這種情況下，圖1所示驅(qū)動單元11的間隙方向上的致動器)。加法器45將擾動d與隨控制對象44的位移而變化的輸出進行相加。然后，GES操作單元46檢測全反射回光量。
GES操作單元46的結(jié)構(gòu)與圖6所示的GES操作單元76相似。換句話說，在盤形光學(xué)記錄裝置的情況下，基于通過具有在切線和徑線方向上劃分的四個檢測部分的檢測器所檢測的量通過操作獲得GES、Tpp和Rpp。
將所獲得的Tpp在加法器61中與切線傾斜的期望值r’(在這種情況下為零)相加。隨后，將結(jié)果通過加法器62輸入加法器42和重復(fù)控制器50，并且還輸入至控制對象64，用于傾斜控制的致動器。
輸入重復(fù)控制器50的Tpp輸入至D/A轉(zhuǎn)換器51，然后通過諸如低通濾波器的伺服濾波器52輸入延遲線53。在例如盤形光學(xué)記錄介質(zhì)20的情況下，在延遲線53中Tpp延遲一次旋轉(zhuǎn)。在系數(shù)乘法器54中獲得適當(dāng)增益之后，Tpp通過A/D轉(zhuǎn)換器55輸入加法器62。上述重復(fù)控制器50的動作使得預(yù)定數(shù)量的Tpp信號被存儲。在這種情況下，例如，Tpp信號的數(shù)量對應(yīng)于一次旋轉(zhuǎn)。此外，重復(fù)控制器50的結(jié)構(gòu)不限于圖15所示，而是可以進行各種修改。例如，代替延遲線，可以如上所述設(shè)置存儲器。
具體地，在該實例中，通過Tpp伺服機構(gòu)執(zhí)行前饋操作以穩(wěn)定間隙。在這種條件下，存儲一次旋轉(zhuǎn)的Tpp信號。隨后，操作傾斜伺服機構(gòu)。結(jié)果，即使傾斜誤差通過傾斜伺服機構(gòu)的操作變成零，傾斜伺服操作之后所獲得的無傾斜誤差的現(xiàn)有信號和傾斜伺服操作之前獲得的具有傾斜誤差的信號之和被施加作為前饋信號。因此，可以同時操作前饋伺服機構(gòu)和傾斜伺服機構(gòu)。
圖15示出了利用Tpp進行傾斜控制的前饋的情況下的實例?？蛇x地，可以在Tpp伺服系統(tǒng)中執(zhí)行典型反饋。圖16示出了這種情況下的控制單元的伺服環(huán)的實例。在圖16中，通過相同的參考數(shù)字表示與圖15相對應(yīng)的單元，以省略多余的描述。
在圖16所示的實例中，在GES操作單元46中獲得的Tpp與期望值r’相加，然后直接通過伺服濾波器63輸入控制對象64。
在這種情況下，用于間隙伺服控制的前饋信號也是傾斜伺服操作之后獲得的沒有傾斜誤差的現(xiàn)有信號和傾斜伺服操作之前獲得的具有傾斜誤差的信號之和。因此，可以同時操作前饋伺服機構(gòu)和傾斜伺服機構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用前饋信號(相對于使用近場光的光學(xué)記錄介質(zhì)在控制對象的行進方向上的推挽信號或在盤形光學(xué)記錄介質(zhì)情況下的切線方向上的推挽信號)獲得間隙誤差信號。因此，即使光學(xué)記錄介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)速度較高(即，控制對象相對于光學(xué)記錄介質(zhì)移動的速度增加)，也可以以高精度執(zhí)行間隙控制。同時，可以一起操作間隙控制和利用推挽信號傾斜控制。
本發(fā)明不限于上述實施例中所描述的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以在不背離其范圍的條件下進行各種修改和改變。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以有多種修改、組合、再組合和改進，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求或等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)拾取裝置，包括
光源；
聚焦光學(xué)系統(tǒng)，被配置為利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)；
光檢測單元，被配置為檢測來自所述光學(xué)記錄介質(zhì)的全反射回光量；
控制單元，被配置為響應(yīng)于由所述光檢測單元提供的檢測信號而生成控制信號；以及
驅(qū)動單元，被配置為將所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動至所述光學(xué)記錄介質(zhì)上的預(yù)定位置，其中
所述控制單元將所述驅(qū)動單元相對于所述光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的推挽信號前饋至由所述光檢測單元提供的間隙誤差信號，以生成間隙伺服信號，以及
所述控制單元包括存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號的重復(fù)控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取裝置，其中
所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)透鏡和固體浸沒透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)拾取裝置，其中，
所述光學(xué)記錄介質(zhì)是盤形光學(xué)記錄介質(zhì)，以及
存儲在所述重復(fù)控制器中的所述推挽信號是用于所述盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的一次旋轉(zhuǎn)的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)拾取裝置，其中
與所述盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的徑向方向垂直的切線方向上的推挽信號被存儲在所述重復(fù)控制器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)拾取裝置，其中
當(dāng)在所述盤形光學(xué)記錄介質(zhì)上記錄和/或再生數(shù)據(jù)時，以3000rpm以上的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)所述盤形光學(xué)記錄介質(zhì)。
6.一種光學(xué)記錄/再生裝置，包括
光學(xué)拾取裝置，包括光源、被配置為利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦光學(xué)系統(tǒng)、被配置為檢測來自所述光學(xué)記錄介質(zhì)的全反射回光量的光檢測單元、被配置為響應(yīng)于由所述光檢測單元提供的檢測信號生成控制信號的控制單元以及被配置為將所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動至所述光學(xué)記錄介質(zhì)上的預(yù)定位置的第一驅(qū)動單元；
安裝單元，其上附接有所述光學(xué)記錄介質(zhì)；以及
第二驅(qū)動單元，被配置為相對于所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)移動所述安裝單元，其中
所述控制單元將所述第一驅(qū)動單元相對于所述光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的推挽信號前饋至由所述光檢測單元提供的間隙誤差信號，以生成間隙伺服信號；以及
所述控制單元包括存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號的重復(fù)控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的記錄/再生裝置，其中
所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括光學(xué)透鏡和固體浸沒透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)記錄/再生裝置，其中
所述光學(xué)記錄介質(zhì)是盤形光學(xué)記錄介質(zhì)；以及
存儲在所述重復(fù)控制器中的所述推挽信號是用于所述盤形光學(xué)記錄介質(zhì)的一次旋轉(zhuǎn)的信號。
9.一種間隙控制方法，包括以下步驟
檢測光學(xué)透鏡和光學(xué)記錄介質(zhì)之間的全反射回光量，以獲得間隙誤差信號；
將所述透鏡相對于所述光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的所述全反射回光量的推挽信號前饋至所述間隙誤差信號，以獲得間隙伺服信號；
使用所述間隙伺服信號執(zhí)行間隙伺服控制；
存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號；以及
在存儲所述推挽信號之后執(zhí)行傾斜伺服控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了光學(xué)拾取裝置、光學(xué)記錄/再生裝置，其中，該光學(xué)拾取裝置包括光源、被配置為利用近場光照射光學(xué)記錄介質(zhì)的聚焦光學(xué)系統(tǒng)、被配置為檢測來自光學(xué)記錄介質(zhì)的全反射回光量的光檢測單元、被配置為響應(yīng)于由光檢測單元提供的檢測信號而生成控制信號的控制單元以及被配置為將聚焦光學(xué)系統(tǒng)驅(qū)動至光學(xué)記錄介質(zhì)上的預(yù)定位置的驅(qū)動單元。該控制單元將驅(qū)動單元相對于光學(xué)記錄介質(zhì)的行進方向上的推挽信號前饋至由光檢測單元提供的間隙誤差信號，以生成間隙伺服信號。控制單元包括存儲預(yù)定數(shù)量的推挽信號的重復(fù)控制器。本發(fā)明可以以高精度控制聚焦光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)記錄介質(zhì)之間的間隙，同時與傾斜控制相兼容。
文檔編號G11B7/09GK101388227SQ20081014963
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者石本努 申請人:索尼株式會社